農業自動節水灌溉車的設計與制作

鄭航　李凱

摘 要：本設計的農業自動節水灌溉車由STC89C52單片機作為控制核心，ADC0832作為模數轉換器，L9110驅動電路驅動，可實現根據土壤濕度自動尋路灌溉的功能。以電子類的自動澆花器的工作原理為參考，配以能智能循跡的車模和自動采集機械臂，運用溫濕度采集電路及單片機控制技術構成一個土壤溫濕度采集與控制系統。再用數字電路控制自動給水系統及時的澆水系統供水。可設置濕度上下限值，小車自動檢測出土壤濕度是否超過設置值的上下限值，如果低于下限，則小車實施灌溉，如果超過上限，則小車停止灌溉。另外，模型車配備由步進電機組成的簡易機械臂，可將濕度傳感器插入到適當深度的土壤中，單片機將濕度傳感器采集到的濕度數據通過模數轉換器轉換為數字信號，每當轉換結束時，單片機調用中斷程序讀取轉換結果，最后，單片機把采集到的濕度數據經過軟件程序處理后送到LCD1602進行顯示。

關鍵詞：STC89C52；干濕度的采集與顯示；LED；智能循跡小車

1研制背景及意義

農業自動灌溉節水車可自動監測土壤濕度，并根據土壤濕度選擇灌溉用水量，可通過按鍵設置濕度的上下閥值，既能保證農作物的生長所需，又能避免過度澆灌造成的水資源浪費。充分發揮節水農業在解決缺水少水問題中的作用，提高水資源的利用率。其利用太陽能可充電電池供電，節省能源，并且能夠全程自動灌溉，最大程度節省人力。

2總體方案設計

2.1硬件設計

本設計采用STC89C52單片機，STC89C52是一種高性能的CMOS類型的微控制器，采用STC89C52的主要原因是其具有傳統的51內核，功能實現簡單，并且，硬件上有較多的改進，完全能夠滿足本款模型車的所需。

2.1.1ADC0832

ADC0832是一種采用逐次逼近式進行數模轉換的轉換器，它能夠完成單片機與大多數外設之間的數模轉換，是當前國內應用最為普遍的一種數模轉換器。

其轉換過程如下：

（1）保持片選段CS置于低電平，并且，在轉換結束之前，CS的狀態保持不變。

（2）單片機需向ADC0832芯片時鐘輸入端提供脈沖輸入信號。

（3）在第一個時鐘脈沖下降沿之前置DI為高電平，啟動轉換。

（4）接連的兩個脈沖用于選擇轉換通道。

（5）從第4個脈沖的下降沿開始，DO端在每個下降沿由高位到低位輸出轉換結果。

（6）單片機讀取結果結束后，置位CS端，轉換結束。單片機對轉換后的結果進行處理，如何判斷A/D轉換的完成是使用ADC0832芯片的重點，傳統的判斷方式有固定時間傳送法、程序查詢法，中斷方式。

無論使用哪種方式，單片機一旦確定 A/D轉換完成，就可以對A/D轉換的結果進行讀取，并進行后續數據處理工作，實現對濕度信息的綜合利用。

2.1.2顯示模塊采用數碼管顯示接口電路

采用傳統LCD數碼管顯示，利用循環掃描方式，方便簡單，接口電路如下：

2.2工作流程

工作流程：模型車啟動→根據軌道運行一段路程→模型車停止→機械臂運動→土壤濕度檢測器檢驗濕度→單片機讀取濕度→將當前濕度與設置閥值做比較→低于最低濕度閥值啟動電機噴水→高于最高濕度閥值停止噴水→繼續按軌道前進，重復過程。

3工作原理及性能分析

本次設計的自動灌溉節水模型車以電子類的自動澆花器的工作原理為參考，配以能智能循跡的車模和自動采集機械臂，運用溫濕度采集電路及單片機控制技術構成一個土壤溫濕度采集與控制系統。再用數字電路控制自動給水系統及時的澆水系統供水。土壤溫濕度的采集和顯示以ADC0832配合兩個電位器為感應檢測電路，將檢測到的土壤濕度值送入單片機，再經過單片機處理后通過LCD數碼管顯示。同時此濕度值也是是否給盆花澆水的參考值。通過單片機程序設定澆水的上下限值并與溫濕度采集電路送入單片機的土壤濕度值相比較，當傳感器檢測到的濕度值低于設定的下限值時，單片機輸出一個信號，開始澆水，高于設定的上限值時再由單片機輸出一個信號，停止澆水。由單片機從數碼管讀入月份與每天的實時時刻，通過軟件程序設定定時澆水的時間。通過按鍵開關對當前時間以及定時澆水時間進行設置，共陰數碼管顯示。

4創新點及應用

4.1基于單片機控制的節水灌溉自動控制模型車制造成本較低、占地小、安裝維護方便、運行安全可靠，相比傳統灌溉方式來說，具有極高的性價比，更易進行市場推廣與應用。

4.2極大的提高操作的準確性，有利于進行科學管理，對操作者本身的要求相對較低，從而能夠大大促進了產量的提高。

4.3相比固定安裝的農業節水系統，模型車無需復雜安裝，不易受外界環境影響，保養維修更加方便，并且，解決了兩點測試存在的缺陷問題，能夠更加精確的測量土壤濕度，從而給作物提供最合適的水分，避免過度澆水。

參考文獻：

[1]李泉溪.單片機原理與應用實例仿真[M].北京航空航天大學出版社，2009.8.

作者簡介：

鄭航（1996—），女，漢族，山東威海人，現為山東大學控制科學與工程學院測控技術與儀器專業本科生。

李凱（1994—），男，漢族，山東煙臺人，現為山東大學控制科學與工程學院測控技術與儀器專業本科生。

（作者單位：山東大學）